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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Flusssteuerung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 10.
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Zur
Steuerung oder Regelung von Start, Stopp und Richtung sowie Druck
oder Fluss einer von einer Flüssigkeitspumpe,
einem Verdichter oder einer Vakuumpumpe geförderten oder in einem Behälter gespeicherten
Mediums, wie beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, werden Ventilvorrichtungen
verwendet.
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Abhängig von
ihrer Aufgabe unterscheidet man Rückschlagventile, die den Fluss
nur in einer Richtung gestatten, und Druckventile, auch Druckbegrenzungsventile
genannt, die den Druck in einer Leitung begrenzen oder in einer
bestimmten Höhe
halten. Dazu dient eine Druckfeder, deren Kraft einstellbar ist.
Diese Ventile dienen auch dem Überlastungsschutz
(Sicherheitsventile). Sie lassen beispielsweise überschüssige Flüssigkeit in einen Vorratsbehälter zurückfließen.
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Differenzdruckventile
oder Ausgleichsventile halten die Drücke in zwei Leitungen im umgekehrten Verhältnis der
Flächen
eines abgestuften Kolbens konstant. Als Ausgleichsventile gleichen
sie den Druck in zwei Leitungen so aus, dass er in ihnen immer gleich
groß bleibt.
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Drosselventile
dienen zur Steuerung des Flüssigkeitsdrucks
und damit der Flüssigkeitsmenge. So
lässt sich
beispielsweise eine Ausfahrgeschwindigkeit eines hydraulischen Kolbens
für den
Vorschub feinstufig verändern.
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Bei
der Entnahme von Flüssigkeiten
aus Behältern,
wie beispielsweise Tankbehältern,
werden Saug- oder Vakuumpumpen zur Erzeugung eines Unterdrucks in
einer Flüssigkeitsentnahmeleitung oder
einem Entnahmeschlauch verwendet. Aufgrund von Materialermüdungserscheinungen
oder eines überhöhten Unterdrucks,
kann es zum Brechen oder Platzen der Flüssigkeitsentnahmeleitungen
kommen, so dass die abzusaugende Flüssigkeit unkontrolliert entweicht
und beispielsweise Verschmutzungen hervorruft.
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Es
ist daher wünschenswert,
eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, durch die das unkontrollierte Entweichen
der Flüssigkeit
bei einem Leitungsbruch vermieden werden kann.
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Aus
der
DE 1 079 414 B ist
ein Differenzdruckventil bekannt, welches in Abhängigkeit des Drucks zwischen
zwei beabstandeten Orten einer Rohrleitung eine Drosselklappe betätigt. Die
Auslösedruckdifferenz
kann dabei über
eine Verstellschraube an einer Druckfeder eingestellt werden. Hierzu
wird an zwei Orten der Rohrleitung ein Druck aufgenommen und das
Differenzdruckventil löst
in Abhängigkeit
des Verhältnisses
von Einlass- zu Auslassdruck aus.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilvorrichtung bereitzustellen,
durch die ein unkontrolliertes Ausfließen einer abzupumpenden Flüssigkeit
bei einem Leitungsbruch vermieden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Ventilvorrichtung zur Steuerung des Flusses eines Mediums
zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal, mit:
einer
Schließvorrichtung
zum Sperren des Flusses in einer vorbestimmten Richtung von dem
Einlasskanal zu dem Auslasskanal;
einer Druckerfassungseinrichtung,
die nur mit dem in dem Auslasskanal herrschenden Druck beaufschlagt ist,
und
einer Kopplungseinrichtung zum Herstellen einer mechanischen
Kopplung zwischen der Druckerfassungseinrichtung und der Schließvorrichtung,
wobei die Kopplungseinrichtung durch die Druckerfassungseinrichtung
betätigt
und dadurch die Schließvorrichtung
geöffnet
wird, wenn der durch die Druckerfassungseinrichtung erfasste Druck
einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
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Des
weiteren wird die vorgenannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum
Steuern des Flusses eines mittels einer Pumpe aus einem Behälter abgesaugten
Mediums, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Ventilvorrichtung
zum Sperren des Flusses zwischen dem Behälter und der Pumpe,
Erfassen
des Drucks ausschließlich
in einem pumpenseitigen für
das Abpumpen bereitgestellten Kanal,
Umwandeln des erfassten
Drucks in eine mechanische Bewegung; und
Verwenden der mechanischen
Bewegung zur Betätigung
der Ventilvorrichtung, so dass die Ventilvorrichtung den Fluss freigibt,
wenn der erfasste Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
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Erfindungsgemäß führt die
Kopplung zwischen der Druckerfassung und der Ventilvorrichtung zu
einer erzwungenen Öffnung
des Ventils, solange ein ausreichender pumpenseitiger Unterdruck
vorliegt. Im Falle eines Leitungsbruchs verringert sich der Unterdruck
und die Ventilvorrichtung schließt den Absaugkanal im Sinne
eines Rückschlagventils.
Dadurch kann die bei einem Leitungsbruch über das Ventil entweichende
Menge des abzupumpenden Mediums minimiert werden.
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Die
Betätigung
der Ventilvorrichtung über
die bei der Druckerfassung erzeugte mechanische Bewegung ermöglicht eine
rein mechanische und damit netzunabhängige Lösung, so daß eine Brand- oder Explosionsgefahr
beim Absaugen entsprechend gefährdeter
Medien vermieden wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schließvorrichtung
eine Kugel und eine Ventilplatte mit an die Kugel angepasstem Ventilsitz
auf. In diesem Fall kann die Kopplungseinrichtung einen um eine
Schwenkachse schwenkbaren Hebel aufweisen, auf dessen einem Ende
sich die Kugel befindet und dessen anderes Ende an der Druckerfassungseinrichtung
befestigt ist. Eine durch die Druckerfassungseinrichtung erfasste
Druckänderung
führt damit
zu einer Schwenkbewegung der Kugel der Schließvorrichtung um die Schwenkachse. Die
Druckerfassungseinrichtung kann einen mit dem Auslasskanal verbundenen
Zylinder und einen in dem Zylinder geführten Kolben aufweisen. Der
Kolben kann vorzugsweise eine Kolbenstange aufweisen, die über eine
Anlenkstelle mit dem schwenkbaren Hebel verbunden ist. Eine Druckänderung
führt damit
zu einer Bewegung der Kolbenstange und damit zu einer Schwenkbewegung
des Hebels. Bei entsprechender Dimensionierung der Kugel, der Hebelarme
des Hebels, und der druckbeaufschlagten Fläche des Kolbens wird die Kugel
bei Überschreitung eines
vorbestimmten Unterdruckwerts aus dem Ventilsitz herausgehoben und
gibt den Fluss frei. Der vorbestimmte Wert des erfassten Drucks
kann somit beispielsweise über
die Größe der druckbeaufschlagten Fläche des
Kolbens bestimmt werden, so daß eine einfache
anwendungsbezogene Anpassung der Ventilvorrichtung möglich ist.
Vorzugsweise kann der Kolben durch eine optionale Rückstellfeder
in seine Ausgangsstellung zurückgeführt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die Kugel und die Ventilplatte
in einem Käfiggehäuse angeordnet
sein, das mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal verbunden ist.
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Falls
es sich bei dem Medium um ein Fluid handelt, kann dieses der Ventilvorrichtung über einen die
maximale Füllhöhe des Behälters überschreitenden
Steigrohrabschnitt zugeführt
werden. Dadurch wird eine weitere Sicherheitsmaßnahme eingeführt, da
bei einem Leitungsbruch keine Flüssigkeit
aus dem Behälter über das
Steigrohr nachfliessen kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
prinzipielles Blockschaltbild der funktionellen Komponenten der
Ventilvorrichtung bei einer Verwendung zum Absaugen einer Flüssigkeit aus
einem Behälter,
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2 eine
teilweise aufgebrochene, funktionelle Darstellung einer Ventilvorrichtung
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
und
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3 eine
teilweise aufgebrochene, funktionelle Darstellung einer Abwandlung
der Ventilvorrichtung gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
wird im Folgenden am Beispiel des Absaugens einer Flüssigkeit
mittels einer Saug- oder Vakuumpumpe 13 aus einem oberirdischen
Behälter 5 erläutert.
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1 zeigt
ein prinzipielles Funktionsblockschaltbild der funktionellen Komponenten
der Ventilvorrichtung. Gemäß 1 umfasst
die Ventilvorrichtung eine mechanische Schließvorrichtung 10 wie beispielsweise
ein Rückschlagventil
odgl., durch die ein Flusskanal zwischen dem Behälter 5 und der Saugpumpe 13 gesperrt
wird. Des weiteren ist eine Druckerfassungseinrichtung 11 vorgesehen,
die den durch die Saugpumpe 13 erzeugten Unterdruck in dem
abgehenden Leitungskanal erfasst und in eine für einen Betätigungsvorgang erforderliche
mechanische Bewegung umwandelt. Die Druckerfassungseinrichtung 11 ist über eine
mechanische Kopplung 12 mit der mechanischen Schließvorrichtung 10 gekoppelt.
Die Kopplung zwischen der Druckerfassungseinrichtung 11 und
der mechanischen Schließvorrichtung 10 ist
so ausgestaltet, dass die mechanische Schließvorrichtung 10 beim
Vorliegen eines vorbestimmten Unterdruckpegels geöffnet oder
entriegelt wird. Bei der Ventilvorrichtung handelt es sich somit
im Wesentlichen um ein Sperr- oder Rückschlagventil, das in Abhängigkeit
eines pumpenseitigen Unterdrucks freigegeben wird.
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2 zeigt
eine teilweise aufgebrochene, funktionelle Darstellung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Ventilvorrichtung.
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Gemäß 2 ist
die Ventilvorrichtung über eine
einen Steigrohrabschnitt aufweisende Steigrohranordnung 1 mit
einem Flüssigkeitsbehälter 5,
wie beispielsweise ein Tankbehälter, über eine
Flanschverbindung mit dem Einlasskanal der Ventilvorrichtung verbunden.
Der Auslasskanal der Ventilvorrichtung ist ebenfalls über eine
Flanschvorrichtung mit einem pumpenseitigen Rohr 2 verbunden.
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Die
mechanische Schließvorrichtung 10 wird durch
eine Kugel 32 und eine Ventilplatte 33 mit einem
konischen Ventilsitz 38 gebildet. Bei Nichtvorliegen des
erforderlichen Unterdrucks in dem Auslasskanal ruht die Kugel 32 auf
dem Ventilsitz 38 und verschließt die kreisförmige Durchgangsöffnung in
der Ventilplatte 33. Die Kugel 32 und die Ventilplatte 33 sind
in einem käfigartigen
Gehäuse 31 angeordnet, das
beispielsweise ein Glasfenster zum Begutachten des Zustands der
abgepumpten Flüssigkeit
aufweisen kann.
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Die
Kugel 32 ist an einem beispielsweise z-förmigen,
um eine Schwenkachse 36 schwenkbaren Hebel 34 befestigt
und liegt auf diesem auf. Die Schwenkbewegung ist durch den Pfeil
in 2 angedeutet. An dem der Kugel 32 gegenüberliegenden Ende
des Hebels 34 ist eine Anlenkstelle 35 vorgesehen,
an der eine Kolbenstange 37 eines Druckerfassungskolbens 41 angelenkt
ist. Der Kolben 41 wird in einer Zylinderkammer 40 geführt, die
mit dem Auslasskanal des Ventils verbunden ist, so dass der Druck
in der Zylinderkammer 40 mit dem Druck in dem Auslasskanal übereinstimmt.
Der Kolben 41 wird also mit dem in dem Auslasskanal herrschenden Druck
beaufschlagt.
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Zur
Vermeidung der Entstehung eines Unterdrucks in dem von dem Ventil
abgewandten Raum der Zylinderkammer 40 können eine
oder mehrere Ausgleichsöffnungen 43 zur
Entlüftung
vorgesehen sein. Ferner kann eine Feder 42 zur Erzeugung
eines dem Unterdruck entgegenwirkenden Gegendrucks vorgesehen sein.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Ventilvorrichtung bei einem
Absaugvorgang erläutert.
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Wird
die mit dem pumpenseitigen Rohr 2 verbundene Vakuumpumpe 13 eingeschaltet,
so entsteht ein Unterdruck in dem pumpenseitigen Rohr 2 und
dem Auslasskanal, so dass auf den Kolben 41 eine Kraft
in Richtung des Auslasskanals wirkt. Die Höhe der Kraft ist von der mit
dem Unterdruck beaufschlagten Fläche
des Kolbens 41 abhängig.
Der Kolben 41 wird somit gegen die Federkraft der Feder 42 in
Richtung der Auslasskammer bewegt und die Kolbenstange 37 betätigt den
Hebel 34 über
die Anlenkstelle 35, so dass die Kugel 32 eine
nach oben gerichtete Schwenkbewegung um die Schwenkachse 36 ausführt. Bei
ausreichendem Unterdruck wird die Kugel 32 damit aus dem
Ventilsitz 38 angehoben und der Unterdruck entsteht auch
in der behälterseitigen Steigrohranordnung 1.
Damit wird die abzusaugende Flüssigkeit
aus dem Behälter 5 abgesaugt
und über die
Steigrohranordnung 1, die Ventilvorrichtung und das pumpenseitige
Rohr 2 abgepumpt. Sobald der Unterdruck in dem pumpenseitigen
Rohr 2 und dem Auslasskanal der Ventilvorrichtung aufgrund
eines Rohrbruchs absinkt, bewegt sich der Kolben 41 nach rechts
und die Kugel 32 wird auf den Ventilsitz 38 gedrückt und
verschließt
den Flusskanal. Damit wird das Nachfließen der Flüssigkeit und damit die aus dem
Leck entweichende Flüssigkeitsmenge
minimiert.
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Es
ist anzumerken, dass die Feder 42 nicht zwingend erforderlich
ist. Gemäß 3 kann
die erfindungsgemäße Funktion
auch ohne die Feder 42 erzielt werden. Ferner kann ein
geeigneter Reibkoeffizient zwischen dem Kolben 41 und der
Innenwand der Zylinderkammer 40 vorgesehen sein, damit
sich eine gedämpfte
Bewegung ergibt.
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Die
zur Erzeugung der mechanischen Bewegung verwendete Druckerfassungseinrichtung 11 kann
beispielsweise auch durch eine Membran oder eine Druckhydraulik
odgl. erfolgen, wobei die mechanische Kopplung 12 anstelle
der Hebelmechanik auch über
ein Gestänge
oder eine Zahnradanordnung odgl. erfolgen oder auch als eine hydraulische oder
pneumatische Kopplung ausgestaltet sein kann. Auch die mechanische
Schließvorrichtung 10 kann durch
andere bekannte Maßnahmen
wie beispielsweise Teller- oder Kolbenventile realisiert sein.